Sviluppo e valutazione delle prestazioni di un algoritmo di controllo a ciclo chiuso di un convertitore DC-DC

The centerpiece of the modern electronics industry is based on a technology that has revolutionized the energy efficiency and size of electronic devices: the DC-DC converters. The rise of these devices has been made possible by the exponential development of research in the field of semiconductors, which are present in the majority of devices of daily use, from battery management of cell phones to the power supplies in laptops, and even to the inverters used in power industry. DC-DC converters play a crucial role supplying and regulating the voltage and power needed to make more compact, efficient and environmentally friendly electronic devices. In the first chapter we will explore the operation, main types and applications of DC-DC converters, focusing on switching converters and exposing them from the perspective of their historical development, starting from their inception to the current types that we find in the modern day. Continuing, in the second chapter we will analyze a particular algorithm for the control of a DC-DC converter treated in "Control of switched electrical networks using averaging on Lie groups," exposing its operation and effectiveness through a MATLAB algorithm for circuit simulation. In the third chapter we will introduce a new adaptive approach for the converter control algorithm, explaining its operation and evaluating its effectiveness in obtaining the desired result. Finally, in the fourth chapter we will go on to analyze the two types of algorithms, comparing their performance in the presence of an oscillation in the values and components used. The goal is to verify whether the new type of algorithm implemented, given closed-loop control, returns better results than an open-loop algorithm under real-world conditions, where the components with which a DC-DC switching converter is made do not have a defined value, but rather a range of oscillation and tolerance.

Il fulcro dell’industria dell’elettronica moderna, si basa su una tecnologia che ha rivoluzionato l’efficienza energetica e la dimensione dei dispositivi elettronici: i convertitori DC-DC. L’ascesa di questi dispositivi è stata resa possibile grazie allo sviluppo esponenziale della ricerca nel campo dei semiconduttori, presenti nella maggior parte dei dispositivi d’uso quotidiano, dalla gestione delle batterie dei nostri telefoni cellulari agli alimentatori dei computer portatili, fino ad arrivare agli inverter utilizzati nell’industria energetica. I convertitori DC-DC svolgono un ruolo cruciale nell’alimentare e regolare la tensione e la potenza necessarie per la realizzazione di dispositivi elettronici più compatti, efficienti ed ecologici. Nel primo capitolo esploreremo il funzionamento, le principali tipologie e le applicazioni dei convertitori DC-DC, soffermandoci sui convertitori switching ed esponendoli dal punto di vista dello sviluppo storico, a partire dalla loro nascita fino alle attuali tipologie che possiamo trovare ai giorni nostri. Proseguendo, nel secondo capitolo analizzeremo un particolare algoritmo per il controllo di un convertitore DC-DC trattato in "Control of switched electrical networks using averaging on Lie groups", esponendone il funzionamento e l’efficacia attraverso un algoritmo MATLAB di simulazione del circuito. Nel terzo capitolo introdurremo un nuovo approccio adattivo per l’algoritmo di controllo del convertitore, spiegandone il funzionamento e valutando l’efficacia nell’ottenimento del risultato desiderato. Infine, nel quarto capitolo andremo ad analizzare le due tipologie di algoritmi, confrontandone le prestazioni in presenza di un’oscillazione dei valori e dei componenti utilizzati. L’obiettivo è verificare se la nuova tipologia di algoritmo implementata, dato il controllo a ciclo chiuso, restituisce dei risultati migliori rispetto ad un algoritmo a ciclo aperto in condizioni reali, dove la componentistica con la quale viene realizzato un convertitore switching DC-DC non ha un valore definito, bensì un range di oscillazione e tolleranza.